GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày
càng phát triển mạnh mẽ. Do đó động cơ điện năng đóng vai trò rất quan trọng
trong các ngành sản xuất cũng như đời sống. Vì vậy các loại động cơ điện được
chế tạo ngày càng hoàn thiện hơn, trong đó động cơ điện không đồng bộ 3 pha
chiếm tỉ lệ lớn trong các ngành công nghiệp do động cơ không đồng bộ 3 pha có
nhiều ưu điểm như việc khởi động dể dàng,giá thành rẻ, vận hành êm,kích thước
nhỏ gọn, làm việc chắc chắn,đặc tính làm việc tốt, bảo quản đơn giản, chi phí
vận hành và bảo trì thấp.tuy vậy nó có nhược điểm đặc tính cơ phi tuyến mạnh
nên trước đây, với các phương pháp điều khiển còn đơn giản, loại động cơ này
phải nhường chỗ cho động cơ điện một chiều và không được ứng dụng nhiều.
với sự phát triển mạnh của ngành khoa học kỉ thuật ngày nay như ngành kỉ thuật
vi xử lý, điện tử công suất cộng các lý thuyết điều khiển, truyền động thì việc
ứng dụng động cơ không đồng bộ 3 pha là được ứng dụng rộng rải trong hệ
thống truyền động điều chỉnh tốc độ của các máy sản xuất, thay thế dần động cơ
một chiều. Có nhiều phương pháp điều chỉnh vận tốc động cơ không đồng bộ ba
pha roto lồng sóc. Bản đồ án này nhóm em: “Ứng dụng thuật toán điều khiển
FOC điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc”
Gồm các phần chính sau:
Page | 1
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
1. Xây dựng cơ sở lý thuyết biểu diễn véc tơ động cơ KĐB, Sơ đồ nguyên lý
biến tần điều khiển véc tơ, thuật toán FOC
2.Mô phỏng bằng Matlap đánh giá đáp ứng hệ thống biến tần dùng thuật toán
điều khiển FOC
3.Đánh giá ưu nhược điểm biến tần sử dụng luật FOC và vị trí ứng dụng.
Do kiến thức có hạn củng như chưa có kinh nghiệm thực tế nên bản đồ án này
của chúng em không tránh khỏi nhửng thiếu sót,em kính mong thầy giáo xem
xét và góp ý để chúng em hoàn thành đồ án này được tốt hơn sau này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo.

GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
Hình 1-1: Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha
Nếu gọi tốc độ từ trường quay là ω
o
(rad/s) hay n
o
(vòng/phút) thì tốc độ
quay của roto là ω ( hay n ) luôn nhỏ hơn ( ω < ω
o
; n < n
o
). Sai lệch tương tối
giữa hai tốc độ gọi là độ trượt s:
o
o
s
ω − ω
=
ω
(1-1)
Từ đó ta có:
ω = ω
o
(1 – s) (1-2)
hay n = n
o
(1 – s)
(1-3)
Page | 5
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng

)
s
0
f
−
= =
(1-6)
Đặc tính cơ của động cơ điện không đồng bộ ba pha
Phương trình đặc tính cơ:
Theo lý thuyết máy điện, khi coi động cơ và lưới điện là lý tưởng, nghĩa
là ba pha của động cơ đối xứng, các thông số dây quấn như điện trở và điện
kháng không đổi, tổng trở mạch từ hóa không đổi, bỏ qua tổn thất ma sát và tổn
Page | 6
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
thất trong lõi thép và điện áp lưới hoàn toàn đối xứng, thì sơ đồ thay thế một pha
của động cơ như hình vẽ 1-2
Hình 1-2: Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ
Trong đó:
U
1
– trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V)
I
µ
, I
1
, I
’
2
– dòng điện từ hóa, dòng điện stato và dòng điện roto đã quy đổi về
stato (A)

s R X
s
R
,[Nm]
=
 
 
ω +
 
 ÷
 
 
 
+
(1-7)
Page | 7
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng

Trong đó:
X
nm
– điện kháng ngắn mạch, X
nm
= X
1
+ X
’
2
Đường đặc tính cơ:
Với những giá trị khác nhau của s (0 ≤ s ≤ 1), phương trình cho những

M
2 (R R X )+ω ±
=
(1-10)
Vì ta đang xem xét trong giới hạn 0 ≤ s ≤ 1 ( chế độ động cơ ) nên giá trị s
th
và M
th
của đặc tính cơ trên hình ứng với dấu (+).
Đặc tính cơ của động cơ điện xoay chiều KDB là một đường cong phức tạp
có hai đoạn AK và BK, phân bởi điểm tới hạn K. Đoạn AK gần thẳng và cứng.
Trên đoạn này momen động cơ tăng khi tốc độ giảm và ngược lại. Do vậy động
cơ làm việc trên đoạn này sẽ ổn định. Đoạn BK cong với độ dốc dương. Trên
đoạn này động cơ làm việc không ổn định.Trên đường đặc tính cơ tự nhiên,
điểm B ứng với tốc độ ω = 0 ( s = 1 ) và momen mở máy:
1.2 VÀI NÉT SƠ BỘ VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA ROTO
LỒNG SÓC.
Ta đi tổng quan về động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều hai
dây quấn trong đó chỉ có dây quấn stato (dây quấn sơ cấp) nhận điện từ lưới với
tần số f
s
, dây quấn rôto (dây quấn thứ cấp) được nối ngắn mạch (hoặc được
Page | 9
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
khép kín qua điện trở). Dòng điện trong dây quấn rôto được lấy cảm ứng từ phía
dây quấn stato, có tần số f
r
và là hàm của tốc độ góc rôto ω
r
. So với động cơ một

Lá thép của rotor và stator:
Các thanh nhôm được gắn trên rotor (thành dạng "cái lồng nhốt con sóc" nên gọi
là "lồng sóc"):
Page | 12
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG
ĐỒNG BỘ
Ta có từ phương trình momen của động cơ :
])
'
[(
'
3
22
2
11
2
2
1
X
S
R
Rw
S
R
U
M
nm
++
=

động điện,vừa tận dụng được công suất trượt người ta sử dụng các sơ đồ công
suất trượt (sơ đồ nối tầng / nối cấp)
P
1
= P
cơ
+ P
s
= P
1
(1 –s) +sP
1
= const.
Nếu lấy P
s
trả lại lưới thì tiết kiệm được năng lượng
-khi điều chỉnh với
ω
<
1
ω
:được gọi là điều chỉnh nối cấp dưới đồng bộ (lấy
năng lượng P
s
ra phát lên lưới).
- khi điều chỉnh với
ω
>
1
ω

Khi điều chỉnh tần số động cơ đồng bộ thường phải điều chỉnh cả điện áp,dòng
điện,hoặc từ thông trong mạch stator do trở kháng,từ thông,dòng điện của động cơ
bị thay đổi.
-luật điều chỉnh tần số - điện áp
ở hệ thống điều khiển điện áp/tần số,sức điện động stator động cơ được điều chỉnh
tỉ lệ với tần số đảm bảo duy trì từ thông khe hở không
đổi.động cơ có khả năng sinh momen như nhau ở mọi tần số định mức.có thể điều
chỉnh tốc độ ở 2 vùng:
vùng dưới tốc độ cơ bản : giử từ thông không đổi qua điều khiển tỷ số sức điện
động khe hở/tần số là hằng số
vùng trên tốc độ cơ bản :giử công suất động cơ không đổi,điện áp được duy trì
không đổi,từ thông động cơ giảm theo tốc độ.
+theo khả năng quá tải :
Để đảmbảo một số chỉ tiêu điều chỉnh mà không làm động cơ bị quá tải dòng thì
cần phải điều chỉnh cả điện áp.đối với biến tần nguồn áp thường có yêu cầu giử
cho khả năng quá tải về momen là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc
Page | 15
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
độ.luật điều chỉnh là U
s
= f
s
(1+x/2)
với x phụ thuộc tải.khi x = 0 (Mc = const,ví dụ
cơ cấu nâng hạ )thì luật điều chỉnh u
s
/f
s
không đổi.
+điều chỉnh từ thông:

Ra đời năm 1997, thực hiện được đáp ứng nhanh. Vì ψ
r
có quán tính cơ nên
không biến đổi nhanh được, do đó ta chú trọng thay đổi ψ
s
không thay đổi ψ
r
.
Phương pháp này không điều khiển theo quá trình mà theo điểm làm việc. Nó
khắc phục nhược điểm của điều khiển định hướng trường vectơ rôto ψ
r
cấu trúc
phức tạp, đắt tiền, độ tin cậy thấp (hiện nay đã có vi mạch tích hợp cao, độ chính
xác cao), việc đo dòng điện qua cảm biến gây chậm trễ, đáp ứng momen của hệ
điều khiển vectơ chậm (cỡ 10 ms) và ảnh hưởng của bão hoà mạch từ tới R
s
lớn.
Page | 17
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
Kết luận :trong hệ thống truyền động điều khiển tần số,phương pháp điều khiển
theo từ thông roto có thể cho ta đặc tính tỉnh và động của động cơ tốt.
1.4 XÂY DỰNG CƠ SỞ THUẬT TOÁN FOC
1.4.1 TỔNG QUAN VỀ FOC
Moment sinh ra trong động cơ là kết quả tương tác giữa dòng trong cuộn ứng và
từ thông sinh ra trong hệ thống kích từ động cơ .Từ thông phải được giữ ở mức
tối ưu nhằm đảm bảo sinh ra moment tối đa và giảm tối thiểu mức độ bão hòa
của mạch từ .Với từ thông có giá trị không đổi ,moment sẽ tỷ lệ với dòng phần
ứng
Động cơ điện tương tự như 1 nguồn moment điều khiển được . Yêu cầu điều
khiển chính xác giá trị moment tức thời của động cơ đặt ra trong các hệ truyền

dt
dRIU
k
kkk
Ψ
+=
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn dây k như sau:
Trong đó :k là thứ tự cuộn dây A,B,C rotor và a,b,c stator.
:ψ
k
là từ thông cuộn dây thứ k. ψ
k
=ΣL
kj
i
j
. Nếu i=k: tự cảm, j≠k: hỗ cảm.
Ví dụ:ψ
a
=L
a a
i
a
+L
ab
i
b
+L
ac

r

L
aa
=L
bb
=L
cc
=L
s1
, L
AA
=L
BB
=L
CC
=L
r1

L
ab
=L
ba
=L
bc
=-M
s
, L
AC
=L

Ac
=Mcos(θ+2π/3)
L
aC
=L
bA
=L
cB
=L
Ca
= L
Ab
=L
Bc
=Mcos(θ -2π/3)
})({
rm
t
s
iL
d
d
iM
ϑ
ϑ
=
Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến
thiên theo thời gian vì góc quay θ phụ thuộc thời gian:
θ = θ
0

r
]

=
[L
m
(θ)]=M.
Page | 21
i
a
i
b

i
c

i

c

u
A

u
B

u
C

u

0 0 R
r

L
S1
-M
S
-M
S

-M
S
L
S1
-M
S

-M
S
-M
S
L
S1

L
r1
-M
r
-M
r

t
m
mSS
+
+
)
)
ϑ
ϑ
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
= x
= x
})({
rm
t
s
iL
d
d
iM
ϑ
ϑ
=
Các hệ phương trình trên là các hệ phương trình vi phân phi tuyến có hệ số biến
thiên theo thời gian vì góc quay θ phụ thuộc thời gian:
θ = θ
0
+∫ω(t)dt
Kết luận : nếu mô tả toán học như trên thì rât phức tạp nên cần phải đơn giản bớt
đi. Tới năm 1959 Kôvacs(Liên Xô) đề xuất phép biến đổi tuyến tính không gian

r
3
2Π
=
j
ea
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
Trong máy điện ba pha thường dùng cách chuyển các giá trị tức thời của điện áp
thành các véc tơ không gian. Lấy một mặt phẳng cắt môtơ theo hướng vuông góc
với trục và biểu diễn từ không gian thành mặt phẳng. Chọn trục thực của mặt phẳng
phức trùng với trục pha a.
Hình2-1: Tương quan giữa hệ toạ độ
αβ
và toạ độ ba pha a,b,c
Ba véc tơ dòng điện stator i
a
, i
b
, i
c
tổng hợp lại và đại diện bởi một véc tơ quay
tròn i
s
. Véc tơ không gian của dòng điện stator:

)(
3
2
i
2

i
s
a.i
b
a
2
.i
c
I
a
x
y
θ
k
ω
k
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
βα
ss
jii +=
s
i
)2(
3
1
}Re{i
s cbas
iiii
−−==
α

với hệ trục α, β (biến đổi tĩnh)
 Nếu ω
k
=ω
1
, θ
0
tự chọn bất kỳ (để đơn
giản một phương trình cho x trùng ψ
r
để
ψ
ry
=0): phép biến đổi d,q.
 Nếu ω
k
= ω
1
- ω =ω
r
: hệ toạ độ cố
định α,β đối với rôto (ít dùng).
Page | 24
u
β
u
α
GVHD: Nguyễn Hữu Quảng
Hìh 2-3: Chuyển sang hệ toạ độ quay bất kỳ
Các hệ toạ độ được mô tả như sau:

ψ
r
i
s

Trích đoạn XÂY DỰNG CẤU HÌNH ĐIỀU KHIỂN FOC

---